液壓機(jī)械無級變速器(HMT)原理及應(yīng)用分析

1、現(xiàn)在車輛上的傳動(dòng)裝置多采用機(jī)械式變速器 ，1液力機(jī)械式變速器（AT） 液力機(jī)械式變速器由液力變矩器和多擋機(jī)械變速箱組成。2液壓機(jī)械無級變速器（HMT ）及應(yīng)用分析3靜液壓無級變速器（HST）及其應(yīng)用分析靜液壓無級變速器（HST）依靠液壓變量馬達(dá)實(shí)現(xiàn)純液壓無級變速，效率較 AT高，但較齒輪變速器低許多，傳遞功率不大4金屬帶式無級變速器為了充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)大的功率，節(jié)約能源以及獲得優(yōu)良的動(dòng)力性能，最理 想的方法是從傳統(tǒng)的有級傳動(dòng)發(fā)展為無級傳動(dòng)。目前普遍采用的液力變矩器及其閉鎖裝置，自動(dòng)換擋機(jī)構(gòu)等均是為了彌補(bǔ) 有級傳動(dòng)的不足而產(chǎn)生的傳動(dòng)模式，但不能實(shí)現(xiàn)真正的無級變速。另外還出現(xiàn)了全液壓傳動(dòng)的無級變速器

2、，其操縱方式也由手動(dòng)液控向電液 控制或微電腦控制技術(shù)方面發(fā)展，并取得了非常好的效果，大大提高了整機(jī)的 行使平順性和作業(yè)性能，液壓傳動(dòng)可以保證車輛具有穩(wěn)定的行駛速度。但是在 液壓傳動(dòng)的車輛中傳動(dòng)效率低也是一個(gè)不容忽視的問題，按當(dāng)代的技術(shù)水平， 純液壓傳動(dòng)中最高效率在80-85%左右，而在車輛使用中，一般只能達(dá)到50-60%。 此外，適用于重型車輛使用的大功率的液壓元件難以加工，也使液壓傳動(dòng)的車 輛增加了制造成本。另外，這種高油壓高轉(zhuǎn)速的變量泵和定量馬達(dá)的排量越大， 即功率越大時(shí)，效率和壽命愈難以保證，生產(chǎn)愈困難，在市場上愈難買到。液 壓傳動(dòng)的低效率直接影響了整機(jī)的生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性，決定了它在車輛上

3、很難有 較大的發(fā)展空間。機(jī)械液壓雙功率流則兼有機(jī)械傳動(dòng)的高效率和液壓無級傳動(dòng)的雙重優(yōu)點(diǎn)， 可在較寬的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)可控的無級變速和所需的車速。以小功率的液壓元件傳 遞大功率特性，高效率特性，為車輛的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性問題的解決找到了理想 的道路。液壓機(jī)械無級傳動(dòng)是一種雙功率流傳動(dòng)系統(tǒng)，分為液壓功率和機(jī)械功率兩 路傳遞，分流機(jī)構(gòu)分流后液壓馬達(dá)在正向和反向最大速度之間來回?zé)o級變速。 其每一個(gè)行程和行星齒輪機(jī)構(gòu)的一種工況相配合，最后兩路匯合成由若干無級 調(diào)速段相銜接并組逐段升高的全程無級輸出速度。液壓元件只負(fù)擔(dān)最大功率的 一部分，其他功率都由機(jī)械路傳遞。這相當(dāng)于將液壓無級變速功率擴(kuò)大，傳動(dòng) 總效率相對于液壓

4、傳動(dòng)也顯著提高，和液力機(jī)械傳動(dòng)相比，裝載量最大可提高 30%燃油經(jīng)濟(jì)性最大可提高25%其特點(diǎn)是通過機(jī)械傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)功率轉(zhuǎn)遞，通過 液壓機(jī)械相結(jié)合實(shí)現(xiàn)無級變速。液壓機(jī)械無級變速器（HMD及應(yīng)用分析液壓機(jī)械無級變速器（HMT由液壓調(diào)速機(jī)構(gòu)和機(jī)械變速機(jī)構(gòu)及分、匯流機(jī) 構(gòu)組成，是一種液壓功率流與機(jī)械功率流并聯(lián)的傳動(dòng)形式，通過機(jī)械傳動(dòng)實(shí)現(xiàn) 傳動(dòng)高效率，通過液壓傳動(dòng)與機(jī)械傳動(dòng)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)無級變速。其原理如1所示,輸入功率經(jīng)分流機(jī)構(gòu)分流為兩路，一路經(jīng)液壓調(diào)速機(jī)構(gòu)流至匯流機(jī)構(gòu)，另一路 經(jīng)機(jī)械變速機(jī)構(gòu)傳至匯流機(jī)構(gòu)，由于液壓調(diào)速機(jī)構(gòu)具有無級調(diào)速特性（通過控 制系統(tǒng)控制變量泵斜盤傾角的變化使排量改變來實(shí)現(xiàn)），與機(jī)械變速機(jī)

5、構(gòu)經(jīng)匯流機(jī)構(gòu)匯流后，使HMT實(shí)現(xiàn)無級變速。液壓調(diào)速機(jī)構(gòu)有變量泵-定量馬達(dá)，定量 泵-變量馬達(dá)，變量泵-變量馬達(dá)3種形式，第一種應(yīng)用較多。機(jī)械變速機(jī)構(gòu)為 自動(dòng)有級變速器。分、匯流機(jī)構(gòu)為定軸齒輪傳動(dòng)或行星齒輪傳動(dòng)，從成本及實(shí)現(xiàn)難易來講，分流機(jī)構(gòu)以定軸齒輪傳動(dòng)居多，匯流機(jī)構(gòu)以行星齒輪傳動(dòng)居多， 在拖拉機(jī)上用這種的較多。自動(dòng)換擋部分由于傳統(tǒng)的機(jī)械傳動(dòng)齒輪式有級變速器結(jié)構(gòu)簡單，且傳動(dòng)效率較高。故使 用十分普遍；但由于有級變速不易實(shí)現(xiàn)換擋自動(dòng)化；且因?yàn)橹挥杏邢迬讉€(gè)擋位 變換，終不能獲得理想的牽引特性。為了實(shí)現(xiàn)換擋過程的自動(dòng)化，在現(xiàn)代少數(shù) 汽車上采用了“液力變扭、行星齒輪”的無級變速器。本設(shè)計(jì)就是為與此類變

6、 速器相似的“液壓機(jī)械無級變器”上實(shí)現(xiàn)自動(dòng)換擋。此系統(tǒng)通過對車輛實(shí)際換 擋過程中三個(gè)必要參數(shù)（如發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 n、汽車車速v及發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷率%的隨 機(jī)檢測，在電控單元的指令下，由電磁閥操縱液動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，隨即執(zhí)行換擋 動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)了換擋自動(dòng)化。在換擋時(shí)，駕駛員只需控制油門踏板。至于什 么時(shí)候換擋（換擋時(shí)機(jī)），換入哪個(gè)擋（換擋擋位），以及怎么換擋（換擋動(dòng)作 的協(xié)調(diào)和配合）將全部自動(dòng)化。手動(dòng)擋主要通過調(diào)節(jié)不同齒輪組合來更換擋位，而自動(dòng)變速箱是通過液力 傳遞和齒輪組合的方式來達(dá)到變速的目的。其中液力變扭器是自動(dòng)變速箱最具 特點(diǎn)的部件，它由泵輪、渦輪和導(dǎo)輪等構(gòu)件組成，泵輪和渦輪是一對工作組合， 泵輪通過

7、液體帶動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)，而泵輪和渦輪之間的導(dǎo)輪通過反作用力使泵輪和 渦輪之間實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速差并實(shí)現(xiàn)變速變矩功能，對駕駛者來說，您只需要以不同力 度踩住踏板，變速箱就可以自動(dòng)進(jìn)行擋位升降。由于液力變矩器自動(dòng)變速變矩 范圍不夠大，因此在渦輪后面再串聯(lián)幾排行星齒輪提高效率，液壓操縱系統(tǒng)會(huì) 隨發(fā)動(dòng)機(jī)工作變化自行操縱行星齒輪，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速變矩。自動(dòng)擋的汽車由于發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱之間沒有離合器，他們之間的連接是靠液力變矩器來實(shí)現(xiàn)的， 液力變矩器的作用一是傳遞轉(zhuǎn)速和扭矩、 二是使發(fā)動(dòng)機(jī)和自動(dòng)變速箱之間的連接成為非剛性的以方便自動(dòng)變速 箱自動(dòng)換擋。液力變矩器的工作原理就像兩個(gè)風(fēng)扇相對，一個(gè)風(fēng)扇工作，然后將另一個(gè)不工作的風(fēng)

8、扇吹動(dòng)。這個(gè)比喻可以很形象的解釋液力變矩器中泵輪和渦輪之間的工作關(guān)系。為了成為液力變矩器還需另一個(gè)部件：導(dǎo)輪。導(dǎo)輪是存在于泵輪和渦輪之間的一個(gè)部件，用于調(diào)節(jié)殼體中ATF液流方向，通過單向離合器與箱體固定。（至此我們了解到了液力變矩器的最大特點(diǎn)一一軟連接，而這種動(dòng)力的傳輸方式起到了兩大功能：1、從靜止到低速時(shí)的平穩(wěn)起步； 2、在加速過程中，較大動(dòng)力輸岀時(shí)，起到增大扭矩的作用。如果與MT上的離合器相比較，則需注意的是，第一條起到了并優(yōu)化了MT上離合器的功能，但第二條則是離合器無法實(shí)現(xiàn)的。但液力變矩器這先天“軟連接”特點(diǎn)有一個(gè)弱點(diǎn)，動(dòng)力不是直接輸岀的，在扭矩輸岀對等是，泵 輪的轉(zhuǎn)速要大于渦輪這樣的話

9、在傳輸動(dòng)力時(shí)，ATF還在殼體中循環(huán)，浪費(fèi)了動(dòng)力，所以目前幾乎所有液力變矩器都有一個(gè)高效節(jié)能的部件：液力變矩器鎖止器。鎖止器的形式是一個(gè)多片離合器，其作用就是當(dāng)變 矩器處于耦合狀態(tài)，無需增矩時(shí)，將泵輪和渦輪鎖止，這樣的話動(dòng)力傳遞即為“硬連接”，全部的無損（或 者說有微量的動(dòng)力流失）的將從曲軸傳遞到了下一站：變速箱。液力變矩器特性曲線K（變矩比）呎傳動(dòng)效率）簡單解釋一下上圖：i軸為轉(zhuǎn)速比，表示渦輪與泵輪轉(zhuǎn)速之比，左端泵輪轉(zhuǎn)速遠(yuǎn)大于渦輪，右邊 相等。起步或大腳油門時(shí)，轉(zhuǎn)速比較小，泵輪比渦輪快很多，此時(shí)泵輪輸岀的扭矩要比渦輪輸入扭矩大很 多，比較有力，但傳動(dòng)效率較低；輕踩油門，轉(zhuǎn)速比增加，變矩比降低，

10、傳動(dòng)效率也相應(yīng)提高，轉(zhuǎn)速比為 60驗(yàn)寸，效率最高；當(dāng)穩(wěn)定油門，速度較為穩(wěn)定是，轉(zhuǎn)速比進(jìn)一步上升，變矩比接近1,但此時(shí)傳動(dòng)效率下降；為避免動(dòng)力流失，變矩器用離合器鎖止，轉(zhuǎn)速比驟增至1,效率也達(dá)到最高。）一、機(jī)械傳動(dòng)原理液壓機(jī)械無級變速器大都用到了行星齒輪機(jī)構(gòu)，這與行星齒輪機(jī)構(gòu)具有結(jié) 構(gòu)緊湊，傳遞功率大的特點(diǎn)是分不開的。行星齒輪機(jī)構(gòu)由太陽輪、齒圈及兩個(gè) 或兩個(gè)以上的行星架組成。一般選擇兩個(gè)輸入另一個(gè)輸出，太陽乾、行星輪、齒圈無一固定.則無傳動(dòng)意義任一元件固定.另兩沅件做同向或反向運(yùn)動(dòng)任兩元件固定在一起則三個(gè)元件整合為一個(gè)整體 自動(dòng)變通箱就是第著行星齒輪的這種特性組合出各個(gè)檔4肓車之家 AUTOHO

11、ME. CW而為了增加檔位，汽車上的行星齒輪升級成了齒輪組、齒輪排，再通過一 系列執(zhí)行器便可以完成換擋了二、液壓傳動(dòng)的基本原理液壓傳動(dòng)的基本原理是在密閉的容器內(nèi)，利用有壓力的油液作為工作介質(zhì) 來實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換和傳遞動(dòng)力的。其中的液體稱為工作介質(zhì)，一般為礦物油，它 的作用和機(jī)械傳動(dòng)中的皮帶、鏈條和齒輪等傳動(dòng)元件相類似。液壓傳動(dòng)是利用 帕斯卡原理！帕斯卡原理是大概就是：在密閉環(huán)境中，向液體施加一個(gè)力，這 個(gè)液體會(huì)向各個(gè)方向傳遞這個(gè)力！力的大小不變！液壓傳動(dòng)就是利用這個(gè)物理 性質(zhì)，向一個(gè)物體施加一個(gè)力，利用帕斯卡原理使這個(gè)力變大！從而起到舉起 重物的效果！機(jī)械傳動(dòng)的效率高，液壓傳動(dòng)的效率低，在保證液壓調(diào)速的基礎(chǔ)上，機(jī)械 傳遞功率所占總功率的比例越大，液壓機(jī)械無級變速器的總效率越高。正因?yàn)?如此，液壓機(jī)械無級變速器力爭使液壓所傳功率比例最低參考文獻(xiàn)：1. 張明柱，周志立，徐立友農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)用多段液壓機(jī)械無級變速器設(shè)計(jì)農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2003,192. 田全忠.液壓機(jī)械傳動(dòng)在大功率拖拉機(jī)上的應(yīng)用分析.拖拉機(jī)與農(nóng)用運(yùn)